Плазменная наплавка металла – полное описание процесса + Видео

Содержание

Плазменная наплавка – общая информация о методике и ее достоинства

Ряд узлов и механизмов разнообразных аппаратов и машин в наши дни функционируют в сложных условиях, требующих от изделий отвечать сразу нескольким требованиям. Зачастую они обязаны выдерживать влияние агрессивных химических сред и повышенных температур, и при этом сохранять свои высокие прочностные характеристики.

Изготовить подобные узлы из какого-либо одного металла или иного материала практически нереально. Да и с финансовой точки зрения столь сложный производственный процесс реализовывать нецелесообразно.

Намного разумнее и выгоднее выпускать такие изделия из одного, максимально прочного, материала, а затем наносить на них те или иные защитные покрытия – износостойкие, жаростойкие, кислотоупорные и так далее.

В качестве такой «защиты» можно использовать неметаллические и металлические покрытия, которые по своему составу отличаются друг от друга. Подобное напыление позволяет придавать изделиям необходимые им диэлектрические, тепловые, физические и иные характеристики. Одним из самых эффективных и при этом универсальных современных способов покрытия материалов защитным слоем признается напыление и наплавка плазменной дугой.

Фото наплавки плазменной дугой, mirprom.ru

Суть применения плазмы достаточно проста. Для покрытия используется материал в виде проволоки либо гранулированного мелкого порошка, который подается в струю плазмы, где он сначала нагревается, а затем расплавляется. Именно в расплавленном состоянии защитный материал и попадает на деталь, подвергаемую наплавке. В то же самое время происходит и ее непрерывный нагрев.

Достоинства такой технологии таковы:

  • плазменный поток позволяет наносить разные по своим параметрам материалы, причем в несколько слоев (за счет этого металл можно обрабатывать разными покрытиями, каждый из которых имеет собственные защитные особенности);
  • энергетические свойства плазменной дуги допускается регулировать в широких границах, так как она считается самым гибким источником тепла;
  • поток плазмы характеризуется очень высокой температурой, благодаря чему он без труда расплавляет даже те материалы, которые описываются повышенной тугоплавкостью;
  • геометрические параметры и форма детали для наплавки не ограничивают технические возможности плазменного способа и не снижают его результативность.

Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что ни вакуумный, ни гальванический, ни какой-либо другой вариант напыления не может сравниться по своей эффективности с плазменным. Чаще всего он используется для:

На фото - плазменный способ наплавки, ru.wikipedia.org

  • упрочнения изделий, которые подвергаются постоянным высоким нагрузкам;
  • предохранения от износа и ржавления элементов запорно-регулирующей и запорной газовой арматуры (напыление металла при помощи плазмы в разы увеличивает их стойкость);
  • защиты от негативного влияния высоких температур, вызывающих преждевременный износ изделий, используемых стекольными предприятиями.

Важные особенности наплавки металлов

Существует несколько вариантов и способов осуществления плазменной наплавки. Применение проволоки в качестве материала для наплавки значительно повышает производительность процесса по сравнению с порошками. Это объясняется тем, что электрод (проволока) выступает в роли анода, что способствует значительно более быстрому нагреву наплавляемого материала, а значит позволяет скорректировать режимы обработки в сторону увеличения.

Однако качество покрытия и адгезионные свойства явно на стороне порошковых присадок. Использование мелких частиц металла позволяет получать на поверхности равномерный слой любой толщины.

Технология описываемой наплавки и ее тонкости

Наплавка металла плазмой выполняется по двум технологиям:

  • в струю вводят пруток, проволоку либо ленту (они выполняют функцию присадочного материала);
  • в струю подают порошковую смесь, которая захватывается и переносится на поверхность наплавляемого изделия газом.

Фото наплавки металла плазмой с порошком, tehpostavka.com

Струя плазмы может иметь разную компоновку. По этому показателю ее разделяют на три вида:

  • Закрытая струя. С ее помощью чаще всего выполняют напыление, металлизацию и закалку металла. Дуга в данном случае характеризуется сравнительно небольшой интенсивностью пламенного потока, что обуславливается высоким уровнем отдачи тепла в атмосферу. Анодом при описанной компоновке выступает либо канал горелки, либо ее сопло.
  • Открытая струя. При этой компоновке деталь нагревается намного больше, анодом является пруток или непосредственно обрабатываемое изделие. Открытая струя рекомендована для нанесения защитных слоев либо для резки материала.
  • Комбинированный вариант. Компоновка, созданная специально для выполнения плазменно-порошковой наплавки. При таком варианте одновременно зажигают две дуги, а анод подключат к соплу горелки и к наплавляемому изделию.

На фото - плазменно-порошковая наплавка, armtorg.ru

При любой компоновке в качестве газов, которые используются для образования пламени, применяют кислород, аргон, воздух, гелий, водород или азот. Специалисты утверждают, что максимально качественное напыление и наплавку металла обеспечивают гелий и аргон.

Таблица 1. Основные свойства покрытий, наносимых плазменными методами

Характеристика Плазменное напыление Плазменная наплавка (однодуговая) Плазменная наплавка-напыление (двухдуговой PTA- процесс)
Толщина покрытия, мм ≤ 1,0 слоями 2,0-4,0 слоями 0,5-4,0
Пористость покрытия, % ≤ 10 отсутствует отсутствует
Прочность сцепления покрытия, МПа ≤ 100 полное сплавление полное сплавление
Взаимный переход элементов в покрытие и основной металл, % отсутствует ≤ 10 ≤ 5
Температура детали в процессе нанесения покрытия, °С ≤ 150 ≤ 700 ≤ 700
Положение поверхности при нанесении покрытия любое нижнее Любое

Сравнительные характеристики всех производственных плазменных технологий приведены в табл. 2 (положительные стороны процессов выделены серой заливкой ячеек, а наибольшие преимущества отмечены жирным шрифтом), а на рис. 3 представлены варианты их использования.

Особенности технологического процесса

Кроме порошковых материалов и проволоки для наплавки используют металлические ленты и прутки, спецшнуры с порошковым металлом в составе. Нагрев и расплавление присадки обеспечивает плазменная дуга, ее получение зависит от типа компоновки.

  1. Закрытую струю плазмы используют для металлизации (напыление) и закалки металла. В качестве анода выбирают сопло или горелку, которые формируют широкий поток небольшой интенсивности. К недостаткам компоновки можно отнести высокую теплоотдачу с медленным прогреванием основы.
  2. Для получения открытого плазменного потока анодом служит само изделие либо проволока. Открытую струю применяют для создания защитного слоя или резки металлических изделий. Этот тип компоновки вызывает сильный и быстрый разогрев поверхности детали с расположенным над ней температурным пиком.
  3. При комбинированном способе выполняют плазменно-порошковое напыление. Плазменная наплавка реализуется одновременным разжиганием двух дуг – открытой (зона подачи порошка) и закрытой (зона жесткой присадки).

наплавка металла

Плазменная наплавка выполняется по двум технологиям. При первом способе поток ионизированного газа захватывает порошковую смесь, чтобы доставить ее к зоне наплавления. При втором способе присадочный материал в виде ленты, проволоки, прутка вводят внутрь плазменного потока.

Читайте также:  Сварочные напряжения и деформации

Для образования плазмы применяют подачу воздуха или пара, кислорода, водорода, гелия, азота, аргона. Выбор гелия и аргона в качестве газообразующей основы для плазмотрона улучшают сваривание основы с присадкой.

Применение наплавки лазером – настоящее и будущее технологии

Лазерная сварка и наплавка основаны на использовании одной технологии – источником требуемого нагрева служит излучение с высокой концентрацией энергии. Поэтому в некоторых случаях восстановление изношенных или поврежденных деталей производят наплавлением с помощью лазерной сварки. Присадочный материал в форме проволоки или прутка, как правило из того же материала, что и изделие, расплавляется и заполняет скол или распределяется по поверхности. Этим способом пользуются чаще всего небольшие ремонтные предприятия.

Чтобы воспользоваться всеми преимуществами и возможностями наплавки лазером необходимо специализированное оборудование, которое позволяет в производстве наносить композитные покрытия с повышенными характеристиками:

  • коррозионной стойкости;
  • механическими;
  • жаростойкости;
  • износостойкости;
  • антифрикционными;
  • радиационной стойкости;
  • и тому подобное.

Такие покрытия позволяют в современном машиностроении экономить металл, используемый при изготовлении деталей, и снизить массу разрабатываемых конструкций. Для получения композиционного плакирования наплавкой используют чистые или композитные порошки, которые представляют собой смесь необходимого состава в каждой отдельной его частице. В соответствии с переносимыми нагрузками, композиционные составы могут обладать различной архитектурой:

  • для повышения износостойкости – мягкие антифрикционные компоненты в твердой матрице;
  • для упрочнения поверхности – твердые компоненты в мягкой матрице;
  • контактная прочность совместно с износостойкостью – высокопрочный каркас, который заполнен пластичным материалом;
  • для снижения массы при сохранении прочности – равномерная смесь прочных легких компонентов с тяжелыми каркасообразующими.

У деталей, изготовленных из таких материалов, ресурс работы гораздо выше, чем у узлов из мономатериалов. Технология наплавки лазером очень перспективна в сфере прототипирования трехмерных деталей. В настоящее время разработаны и совершенствуются 2 основных направления создания объемных изделий из металлических порошков:

  • Laser Metal Deposition (LMD) – прямое выращивание с помощью коаксиальной наплавки лазером.
  • Selective Laser Melting (SLM) – выборочное спекание порошков лазером (послойная наплавка).

В данный момент одним из самых актуальных применений лазерной коаксиальной наплавки является восстановление поврежденной или изношенной геометрии деталей из металла машиностроительного производства. Во время ремонта крупногабаритных узлов сложной геометрии, пресс-форм, валов, инструмента, литейных форм и других деталей данный метод наплавки обеспечивает экономию значительных средств за счет меньшего расхода материала, затрат времени на обработку и использование оборудования, задействованного в работах, чем при иных способах.

По прочности и плотности нанесенный при ремонте восстановительный слой не уступает материалу, из которого было изготовлено изделие, а в случае специального подбора состава присадочного порошка значительно его превосходит, что положительно сказывается на сроке эксплуатации обработанной детали. В каждом отдельном случае применения лазера восстановительный процесс условно заключается в технологии нанесения объема материала или слоя покрытия. Примеры повреждений, устраняемых наплавкой лазером:

  • изношенные кромки, смятия, сколы литейных форм;
  • износ посадочных мест зубчатых колес, подшипников на валах, зубьев шлицевых креплений и тому подобное;
  • износ поверхностей ступенчатого вала (включая шпоночных пазов);
  • износ выпускных и впускных клапанов, золотников гидрораспределителей;
  • скол, надлом стенки пресс-формы для литья резины или пластика;
  • дефекты лопаток газотурбинных двигателей – износ торца и основания пера, смятия и сколы на ребре пера;
  • износ роторов турбокомпрессоров;
  • повреждения деталей из высокопрочных сплавов, которые работают при ударно-абразивных и ударных нагрузках (буровой инструмент, вырубные штампы и другое);
  • износ и дефекты крупногабаритных изделий массой до нескольких центнеров;
  • и другие.

 

Установки для этого вида наплавки

Для этого процесса применяют различные установки, их вид зависит от объемов производства, от требований к уровню автоматики. Соответственно этим потребностям выполнены универсальные и специализированные установки. Универсальное оборудование позволяет выполнять наплавку на деталях разной формы. Специализированные установки предназначены для деталей одного вида (например: клапаны для моторов внутреннего сгорания, для дисков, элементов-соединений бурильных труб и так далее).

Плазматрон для наплавки металлических порошковых материалов

Все эти установки оснащают новейшими системами управления с применением промышленных компьютеров. Это в значительной мере поднимает качество, стабильность и надежность работы.

Установка плазменной наплавки и сварки УПНС-3040

Каждая установка отвечает требованиям современности по экобезопасности. В них установлены автономные блоки охлаждения водяным путем и камеры-защиты. Эта камера отлично защищает мастера от вредного влияния излучения плазменной дуги и от газов и пыли, которая выделяются при наплавке.

Плазменная наплавка зарекомендовала себя, как успешная новейшая технология, которая отличается высоким показателем качества. Она снижает затраты на ремонт больших агрегатов. Рабочие поверхности изделий после обработки становятся износоустойчивыми, жаропрочными, кислоупорными. Данный метод, благодаря широкому ряду технических характеристик, нашел широкое применение в разных областях.

Суть вибродугового наплавочного процесса

Интересующая нас обработка является одним из вариантов электродуговой автоматической наплавки, предполагающей применение металлического сварочного стержня для восстановления деталей наплавкой. Изделие, которое требуется восстановить, помещают в центры токарного агрегата, где и производится его обработка при помощи наплавочной головки. От источника тока на проволоку и заготовку подается требуемое напряжение.

Механический вибратор либо специальная электромагнитная установка, подключаемая к сети переменного тока, обеспечивает вибрацию сварочного стержня. Вибраторы механического типа выдают разные вибрации (по частоте тока), а электромагнитное приспособление обеспечивает колебания электрода на уровне 100 герц.

При горении дуги наблюдается выделение до 99,5 процентов тепла, которое расходуется на расплавление проволоки. При этом на конце стержня появляются металлические расплавленные капли. При коротких замыканиях они попадают на поверхность восстанавливаемого изделия.

Как видим, суть процесса состоит в том, что электродный металл за счет колебаний электрода переносится мелкими частицами на деталь. За счет этого появляются очень тонкая наплавленная поверхность с требуемыми характеристиками. Вибрация, кроме всего прочего, стабилизирует операцию – дуговые разряды возбуждаются с большой частотой (при каждом отводе от изделия сварочного стержня).

Основные достоинства, коими обладает описываемое вибродуговое восстановление поверхности деталей, следующие:

  • зона термовоздействия характеризуется небольшой глубиной;
  • возможность получения малых по толщине слоев (от 0,5 до 3 миллиметров);
  • несущественные деформации обрабатываемых деталей;
  • повышенные показатели твердости восстановленной поверхности.

Благодаря всем этим достоинствам вибродуговая наплавка демонстрирует отличные результаты при восстановлении судовых машин и установок, горнорудной и промышленной техники, элементов тракторов и грузовых автомобилей, электрических двигателей, разнообразных сельскохозяйственных машин, а также других конструкций из чугуна и стали.

Устройство для подачи материала

Металлический порошок дозируется специальным устройством и подается в зону оплавления. Механизм, или принцип действия питателя, заключается в следующем: лопатки ротора выталкивают порошок в газовый поток, частицы разогреваются и прилипают к обрабатываемой поверхности. Подача порошка осуществляется через отдельное сопло. Всего в газовой горелке установлено три сопла: для подачи плазмы, для подачи рабочего порошка и для защитного газа.

Если вы используете проволоку, целесообразно использовать стандартный механизм подачи сварочного автомата для сварки под флюсом.

Расход материалов

Для определения стоимости готового изделия важно правильно рассчитать расход наплавочных материалов. Расчеты ведутся в соответствии с принятыми нормами для каждого определенного вида работ и материалов. Также знание точного количества необходимых расходников сможет обеспечить непрерывность процесса и создать запасы материалов.

Читайте также:  Магнитопорошковый метод неразрушающего контроля — особенности, ГОСТ

Расчет наплавленного металла при сварке является одним из основных показателей. Для определения величины данного коэффициента существует специальная формула. Масса высчитывается на 1 метр сварного шва. О том, как определить массу наплавленного металла при сварке будет проанализировано далее:

G = F * y * L, где: F – площадь поперечного сечения сварного шва (в мм2) y – удельная масса металла (г/см3) L – длина сварного шва составляет 1 метр.

Благодаря данной формуле любой исполнитель сможет произвести расчет массы наплавленного металла при сварке.

Расчет электродов для наплавки также является значимым количественным параметром. Исполнителю не требуется выполнять вычисления, чтобы определить данную величину. Каждая марка сварочных материалов имеет собственный показатель – расход электродов при наплавке 1 кг. металла варьируется в диапазоне от 1,4 до 1,8 кг.

Выполнять расчет массы наплавленного металла шва за погонный метр также не требуется. Согласно ГОСТу каждая форма сварного шва из углеродистых и низколегированных сталей, выполняемого ручной электродуговой сваркой металлическим плавящимся электродом и сваркой в углекислом газе имеет среднее значение данного параметра.



Комбинированный плазмотрон для наплавки

Плазменно-порошковая наплавка на большинстве современных предприятий осуществляется именно в комбинированных агрегатах. В них металлический присадочный порошок расплавляется между соплом горелки и электродом из вольфрама. А в то время, когда дуга горит между деталью и электродом, начинается нагрев поверхности наплавляемого изделия. За счет этого происходит качественное и быстрое сплавление основного и присадочного металла.

Комбинированный плазмотрон обеспечивает малое содержание в составе наплавленного основного материала, а также наименьшую глубину его проплавления. Именно данные факты и признаются главным технологическим достоинством наплавки при помощи плазменной струи.

Фото комбинированного плазмотрона для наплавки, plasma-master.com.ua

От вредного влияния окружающего воздуха наплавляемая поверхность предохраняется инертным газом. Он поступает в сопло (наружное) установки и надежно защищает дугу, окружая ее. Транспортирующим газом с инертными характеристиками осуществляется и подача порошковой смеси для присадки. Она поступает из специального питателя.

В целом стандартный плазмотрон комбинированного типа действия, в котором производится напыление и наплавка металла, состоит из следующих частей:

На фото - плазмотрон комбинированного типа действия, itam.nsc.ru

  • два источника питания (один питает «косвенную» дугу, другой – «прямую»);
  • питатель для смеси;
  • сопротивления (балластные);
  • отверстие, куда подается газ;
  • сопло;
  • осциллятор;
  • корпус горелки;
  • труба для подачи несущего порошковую композицию газа.

Преимущества технологии PTA (плазменно-порошковая наплавка) перед традиционными методом сварки и наплавки.

  • Высокая плотность и концентрация дуги
  • Высокая производительность
  • Однообразность покрытия без пор и брызг
  • Перемешивание, тепловложение и зона термического влияния гораздо меньше, чем при других методах.
  • Максимальная чистота и качество наплавочного слоя, начиная с первого.
  • Возможность многопроходной наплавки
  • Идеальная геометрия наплавочного слоя
  • Точный контроль толщины наплавки
  • Превосходная воспроизводимость работ
  • Возможность автоматизации (электронное управление подачей газа и интерфейс для внешнего управления)

Сфокусированная плазменная дуга, снижает растворение наплавляемого металла, улучшает качество покрытия, не дает брызг при сварке, тем самым повышая качество и уменьшая стоимость работ по сварке и наплавке.

Все эти преимущества PTA-процесса гарантируют высокую точность работ при малых энергозатратах. Также технология PTA обеспечивает максимальную чистоту и качество наплавочного слоя, начиная с первого. В сочетании с высокой производительностью, точностью контроля за толщиной наплавки, практически её идеальной геометрии, эти возможности дают очевидную экономию средств, как на сам процесс, так и на последующую механическую обработку.

Профессиональное оборудование для наплавки

представляет вниманию потенциальных заказчиков автоматические установки плазменной наплавки от чешского производителя KSK. Оборудование предназначено для проведения наплавки уплотнительных и рабочих поверхностей, включая стеклоформы, седла запорно-регулирующей арматуры, кольца клапана, наплавки внутренних диаметров. Конструкция плазмотронов подходит для изделий различной формы и способов наплавки. Разработчики предлагают 7 типов плазматронов, гарантирующих даже при максимальном режиме работе эффективное охлаждение установки. В процессе работы допускается корректировка настроек сварочных программ оператором через сенсорный экран на панели пульта. Это позволяет уменьшить в тестовых образцах процент брака.

Недостатки

  • возможность изменения свойств наплавленного покрытия из-за перехода в него элементов основного металла;
  • изменение химического состава основного и наплавленного металла вследствие окисления и выгорания легирующих элементов в околошовной зоне;
  • возникновение повышенных деформаций за счет термического воздействия;
  • образование больших растягивающих напряжений в поверхностном слое детали, достигающих 500 МПа и снижение характеристик сопротивления усталости;
  • возможность структурных изменений в основном металле, в частности, образование крупнозернистой структуры, новых хрупких фаз;
  • возможность возникновения трещин в наплавленном металле и зоне термического влияния и, как следствие ограниченный выбор сочетаний основного и наплавленного металлов;
  • наличие больших припусков на механическую обработку, приводящих к существенным потерям металла наплавки и повышению трудоемкости механической обработки наплавленного слоя;
  • требования преимущественного расположения наплавляемой поверхности в нижнем положении;
  • использование в отдельных случаях предварительного нагрева и медленного остывания наплавляемого изделия, что увеличивает трудоёмкость и длительность процесса;
  • трудность наплавки мелких изделий сложной формы.

 

Оптимальный выбор технологических режимов процесса плазменной наплавки обеспечивает минимальное перемешивание наплавляемого материала с основным металлом, практически, с нулевой глубиной проплавления (что позволяет при однослойной наплавке обеспечить заданный состав даже тонкого слоя покрытия), а также  минимальную окисляемость наплавляемого материала за счёт специальной инертной или восстановительной защитной среды.

Плазменная порошковая наплавка обеспечивает высокую работоспособность деталей за счет отличного качества наплавленного металла, его однородности, а также благоприятной структуры, определяемой специфическими условиями кристаллизации металла сварочной ванны.

Производительность плазменной наплавки с введением порошкообразного материала в столб дуги транспортирующим газом можно повышать либо за счет увеличения тепловой мощности дуги, либо за счет более эффективного нагрева порошка в дуге. Особенности процессов плавления присадочного и основного металлов при плазменной наплавке обусловлены возможностью регулировать в широком диапазоне соотношение между тепловой мощностью дуги, количеством и температурой подаваемого в сварочную ванну присадочного порошка. Изменяя это соотношение, можно обеспечить минимальное проплавление основного металла.

Плазменная наплавка металла

Эффективность метода зависит от выбранного источника питания, материала покрытия, режимов наплавки и используемого манипулятора. Наиболее эффективным является метод автоматической плазменной наплавки.

Выбор метода плазменной наплавки для упрочнения и ремонта клапанов двигателей внутреннего сгорания был сделан не случайно. В результате серийных испытаний было установлено, что наиболее дешевым и эффективным является метод плазменной порошковой наплавки.

Таблица 1.

Название методаРастворимость основного металлаСцепление с основойСтепень автоматизации
Газопламенное напыление с последующим оплавлением 1 — 5% зависит от умения оператора
Электродуговая наплавка в среде инертного газа плавящимся электродом 20 — 30% отличное полуавтомат
Электродуговая наплавка в среде инертного газа вольфрамовым электродом 5 — 10% отличное полуавтомат
Плазменная наплавка 2 — 5% отличное полная

В таблице 1 представлены характеристики основных методов, используемых для упрочнения и ремонта клапанов двигателей внутреннего сгорания.

В качестве материала выбираются композиционные порошки на основе железа (в том числе и нержавеющие стали), кобальта, никеля (в том числе и самофлюсующиеся), обладающие свойствами обеспечивающими коррозионную, ударную, тепловую стойкости и устойчивость к износу.

Читайте также:  Сварочная дуга: строение, температура, классификация и виды дуги

Для автоматизации процесса применяются роботизированные комплексы, обеспечивающие непрерывность процесса изготовления упрочненных клапанов.

Подготовка поверхностей

Плазменной наплавке и напылению материалов должна предшествовать тщательная очистка поверхности от жировых пятен и других загрязнений. Если при обычной сварке позволительно производить только грубую, поверхностную очистку стыков от ржавчины и окалины, то при работе с плазмой газа поверхность обрабатываемого изделия должна быть идеально (насколько это возможно) чистой, без посторонних включений. Тончайшая пленка окислов способна значительно ослабить адгезионное взаимодействие наплавки и основного металла.

С целью подготовки поверхности под наплавку рекомендуется снять незначительный поверхностный слой металла посредством механической обработки резанием с последующим обезжириванием. Если габариты детали позволяют, то рекомендуется провести промывку и очистку поверхностей в ультразвуковой ванной.

Устройство и принцип работы

Принципиальное отличие плазменного метода – высокая температура плазмы (до 8000°С), подаваемой в рабочую зону. Ванна расплава защищается атмосферой аргона, постоянный температурный режим стабилизирует система охлаждения. Без нее плазмотрон расплавится, плазма разогревается до 30 тысяч градусов.

В сущности, плазменная сварка заключается в способности аргона переходить в плазму под действием дуги. Ток работает как плазмогенератор, пронизывает электропроводный аргон.

Плазмообразование под действием прямого или переменного тока происходит в плазмотроне. Это открытый с двух сторон конус, сужающийся к низу, в котором по центру расположен тугоплавкий электрод (для этого применяют вольфрамовые с добавками лантана, тория, циркония, иттрия), а внизу – сопло. Из него под большим давлением вырывается плазма.

В качестве плазмообразующего газа применим аргон с добавлением водорода. Он принудительно нагнетается в конус сверху. Поле создается путем подведения тока к двум полюсам: электроду и наружной части горелки. При ионизации и нагреве газ моментально расширяется, он вытесняется за счет внутренних сил мощной струей. Регулятором подачи плазмы выступает сопло. От его диаметра зависит толщина плазменного потока. Размер плазмотрона зависит от режима работы. Чем выше токи, чем больше верхний и выходной диаметры. Одновременно со струей плазмы к рабочей зоне в непрерывном режиме подводится аргон для создания защитного облака, предохраняющего расплав от контакта с кислородом, содержащимся в воздухе. Благодаря аргону, швы получаются чистые, без включений окалины.


Плазменная сварка заключается в способности аргона переходить в плазму под действием дуги

Основные преимущества плазменной наплавки-напыления

  • минимальное термическое воздействие на основной металл;
  • минимальное перемешивание основного и наплавленного металла;
  • высокий коэффициент использования присадочного материала;
  • незначительные припуски на механическую обработку;
  • минимальные деформации наплавленной детали;
  • равномерность высоты наплавленного слоя;
  • высокая стабильность процесса.

В табл. 1 представлены отличительные характеристики плазменной наплавки-напыления от ближайших аналогов. Так покрытия, наносимые плазменной наплавкой с использованием дуги прямого действия, обеспечивают чрезмерное оплавление основного металла и его перемешивание с присадочным материалом, а покрытия, наносимые плазменным напылением, не являются беспористыми и ограничены толщиной порядка 1 мм (за пределами которой возможно растрескивание вследствие высоких внутренних напряжений).

Контроль качества наплавленного слоя и финишной обработки должен производиться специализированным оборудованием. Готовая продукция должна отвечать стандарту качества ISO/TS 16949:2002.

Сущность восстановления сваркой и наплавкой

Оба метода основаны на тепловом воздействии, отличаются только настройки используемого оборудования. Наплавка ― это нанесение на поверхность деталей слоя из сплава основного и присадочного металла. Наплавкой восстанавливают не только геометрические размеры, но также наносят покрытия для повышения жаростойкости, прочности, износоустойчивости и т. д. Процедура выполнятся на поверхности любой формы― от плоской до конической и сферической.

Сварка ― это процесс создания соединения металлических элементов методом плавления или давления. Этим способом заделывают трещины, сколы, отверстия от пробоин, крепят отломившиеся элементы. С такими повреждениями рам, поддонов, кузовов, обоих мостов постоянно сталкиваются при ремонте автомобилей. Сварку также применяют совместно с другими восстановительными процедурами.

Для качественного восстановления деталей сваркой и наплавкой необходимо:

  • не допускать сильного смешивания основного металла с наносимым;
  • плавить основной металл на минимальную глубину;
  • не делать больших припусков на последующую обработку;
  • принимать меры по снижению остаточных напряжений и деформации.

Электрошлаковая наплавка (ЭШН)

ЭШН основана на использовании тепла, выделяющегося при прохождении электрического тока через шлаковую ванну.

Основные схемы электрошлаковой наплавки приведены на рис. 25.2.

Рис. 25.2. Схемы электрошлаковой наплавки: а — плоской поверхности в вертикальном положении: б — неподвижным электродом большого сечения; в — цилиндрической детали проволоками; г — электродом-трубой; д — зернистым присадочным материалом: е — композиционного сплава; ж — составным электродом; з — плоской поверхности в наклонном положении; и — жидким присадочным металлом; к — горизонтальной поверхности с принудительным формированием; л — двумя электродными лентами со свободным формированием; 1 — основной металл: 2 — электрод; 3 — кристаллизатор; 4 — наплавленный металл; 5 — дозатор; 6 — тигель; 7 — флюс

ЭШН можно производить в горизонтальном, вертикальном или наклонном положении, как правило, с принудительным формированием наплавленного слоя. Наплавка на горизонтальную поверхность может идти как с принудительным, так и со свободным формированием.

Основные достоинства метода:

  • высокая устойчивость процесса в широком диапазоне плотностей тока (от 0,2 до 300 А/мм2), что позволяет использовать для наплавки как электродную проволоку диаметром менее 2 мм, так и электроды большого сечения (>35000 мм2);
  • производительность, достигающая сотен килограммов наплавленного металла в час;
  • возможность наплавки за один проход слоев большой толщины;
  • возможность наплавки сталей и сплавов с повышенной склонностью к образованию трещин;
  • возможность придавать наплавленному металлу необходимую форму, сочетать наплавку с электрошлаковой сваркой и отливкой, на чем основана стыкошлаковая наплавка.

Основные недостатки метода:

  • большая погонная энергия процесса, что обусловливает перегрев основного металла в ЗТВ;
  • сложность и уникальность оборудования;
  • невозможность получения слоев малой толщины (кроме способа ЭШН лентами);
  • большая длительность подготовительных операций.

Получение открытой плазменной струи

В этом случае в роли анода выступает непосредственно сама заготовка, на которую осуществляется плазменная наплавка материала. Очевидный недостаток данного метода обработки – нагрев поверхности и всего объема детали, что может привести к структурным превращениям и нежелательным последствиям: разупрочнению, повышению хрупкости и так далее.

Плазменная сварка косвенного действия

Дуга возникает за счет подвода одного из полюсов к тугоплавкому электроду (при прямой полярности это минус), другого – к оболочке плазмотрона (плюс). Плазменная дуга зависит от давления плазмообразующего газа. Он при ионизации и разогреве увеличивается в объеме до 50 раз. Плазменная сварка косвенного действия более экономичная по газу. При малом расходе образуется стабильная дуга, она с большой силой вырывается из сопла. Температура плазмы косвенного метода ниже, чем у прямого. Такие установки больше подходят для напыления порошков, создания термоэффектов. Дуга за счет давления газа с силой устремляется к металлу, косвенный метод позволяет варить металлы с низкой электропроводностью (нихром; стали, легированные висмутом и другие справы). Подача защитного газа автономная.

Источники

  • https://tutmet.ru/plazmennaja-poroshkovaja-naplavka-napylenie-metalla.html
  • https://FB.ru/article/381607/plazmennaya-naplavka-oborudovanie-i-tehnologiya-protsessa
  • https://PlazmoSvarka.ru/svarka/oborudovanie-dlya-plazmennoj-naplavki.html
  • https://SumkiVTrende.ru/tehnologii/plazmennaya-naplavka.html
  • https://armatool.ru/plazmennaa-naplavka-ustanovki-tehnologia-oborudovanie/
  • https://martensit.ru/termoobrabotka/plazmennaya-naplavka/
  • https://th-metall.ru/raboty/ustanovka-plazmenno-poroshkovoj-naplavki.html
  • https://SevenTools.ru/svarka/plazmotron-dlya-naplavki.html

[свернуть]
Ссылка на основную публикацию